Hukum Pokok Hidrostatika Fluida Statis

LISTRIK untuk SMP KEGIATAN PEMBELAJARAN 1: FLUIDA KELOMPOK KOMPETENSI D Modul Pengembangan Keprofesian Berkelanjutan Guru Mata Pelajaran Fisika SMA 15 Gaya apung dapat terjadi karena tekanan pada fluida bertambah terhadap kedalaman. Akibatnya tekanan ke atas pada permukaan bawah benda akan lebih besar daripada tekanan ke bawah pada permukaan atasnya. Eksperimen sederhana untuk membuktikan gaya apung adalah mencelupkan balon ke dalam air. Semakin dalam balon dicelupkan Semakin besar tekanan air yang mendorong balon untuk kembali menuju ke permukaan air. Gaya apung tersebut ditemukan pertama kali oleh ilmuwan Yunani bernama Archimedes. Archimedes menjelaskan bahwa “Besarnya gaya apung yang bekerja pada benda yang dimasukkan dalam fluida, sama dengan berat fluida yang dipindahkan” Peryataan tersebut di kenal dengan Hukum Archimedes. Perhatikan Gambar 1.5. Berdasarkan gambar tersebut kita dapat merumuskan bahwa besarnya gaya apung pada benda yang sepenuhnya berada di dalam fluida adalah sebagaimana persamaan 1.4 di bawah ini. Keterangan: F a = Gaya apung N ρ f = Massa jenis fluida Kgm 3 V b = Volume benda yang tercelup dalam fluida m 3 Jelas bahwa gaya apung oleh fluida yang massa jenisnya besar bernilai besar dibandingkan dengan gaya apung oleh fluida yang massa jenisnya lebih kecil. Massa jenis udara sangat kecil sehingga gaya apung udara sangat lemah. Namun demikian dalam dunia teknis, misalnya kalibrasi massa anak timbangan, gaya apung udara sangat diperhitungkan. Gaya apung udara dalam hal ini dikenal sebagai efek Buoyancy. …………… 1.4 Gambar 1.5. Gaya apung benda pada fluida. Sumber: Giancoli, Physics, 6th Edition PPPPTK IPA Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud KEGIATAN PEMBELAJARAN 1: FLUIDA KELOMPOK KOMPETENSI D 16 Gambar 1.6. Gaya apung pada benda yang tenggelam Gambar 1.7. Gaya apung pada benda yang melayang 1 Tenggelam, Melayang dan Terapung Hukum Archimedes juga menjelaskan fenomena tenggelam, melayang dan terapungnya suatu benda yang tercelup dalam fluida. Setiap benda yang tercelup dalam fluida pasti mengalami gaya angkatgaya apung dari fluida itu sendiri. Besarnya gaya apung dari fluida akan mempengaruhi posisi benda dalam fluida. Apakah tenggelam, melayang atau terapung. a Tenggelam Sebuah benda disebut tenggelam apabila seluruh bagian permukaan bawah benda berada pada dasar fluida. Keadaan ini terjadi karena berat benda lebih besar daripada gaya apung fluida. Ketika berada di dasar fluida, selain mendapatkan gaya ke atas, benda juga mendapatkan gaya normal dari dasar wadah. Gaya Normal dan gaya apung secara bersama-sama mengimbangi gaya berat, oleh karena itu N = W - F a ........................................ 1.5 Karena berat benda adalah W = ρ b .g.V b maka syarat benda tenggelam adalah: b Melayang Sebuah benda dikatakan melayang bila posisi benda berada di antara dasar atau permukaan fluida. Perhatikan Gambar 1.7. Ini terjadi apabila gaya apung fluida sepenuhnya mengimbangi gaya berat benda. LISTRIK untuk SMP KEGIATAN PEMBELAJARAN 1: FLUIDA KELOMPOK KOMPETENSI D Modul Pengembangan Keprofesian Berkelanjutan Guru Mata Pelajaran Fisika SMA 17 Gambar 1.8. Gaya apung pada benda yang terapung F a = W b  f .g.V b =  b .g.V b ...................... 1.6 Sehingga syarat suatu benda dapat melayang adalah massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida. c Terapung Sebuah benda akan disebut mengapung jika seluruh atau sebagian benda berada pada permukaan fluida. Fenomena ini memberikan konsekuensi volume fluida yang dipindahkan umumnya tidak sama dengan volume benda. Volume fluida yang dipindahkan sama dengan voume benda yang tercelup. Perhatikan Gambar 1.8. Berdasarkan Gambar tersebut, kita dapat melihat bahwa volume benda yang tercelup V c tidak sama dengan volume benda V b . Dimana V c V b . Jadi gaya apung yang mengimbangi berat benda adalah F a = W  f .g.V c =  b .g.V b .................................................. 1.7  f .V c =  b .V b Karena V c V b maka  f .g.V c =  b .g.V b Keterangan: Vc = Volume benda yang tercelup dalam fluida m 3 V b = Volume total benda m 3 Dari persamaan 1.7, agar benda terapung ada sebuah syarat yang mesti dipenuhi yaitu massa jenis benda ρ b harus lebih kecil dari massa jenis fluida ρ f .